低溫絕熱

實(shí)際低溫液體貯槽的絕熱結(jié)構(gòu)往往不是采取某種單一的絕熱形式，而是根據(jù)要求貯存的液化氣體的物理特性及使用要求，進(jìn)行多種絕熱形式的組合，低溫容器絕熱性能的優(yōu)劣，除受制造工藝限制外，很大程度上取決于絕熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理與否，對(duì)于貯存極低溫度的容器，即使是應(yīng)用超級(jí)多層絕熱也不能滿足要求，例如計(jì)算表明，把一個(gè)液氮日蒸發(fā)率為1%的50L多層絕熱容器來貯存液氦，預(yù)計(jì)液氦的日蒸發(fā)率達(dá)50%左右。

在低溫容器方面，國(guó)內(nèi)外采用的絕熱結(jié)構(gòu)主要有多層-冷卻屏絕熱形式和多屏絕熱形式。

在高真空絕熱空間中裝置金屬輻射屏將會(huì)使導(dǎo)入絕熱空間冷壁的熱流大幅度降低，在低溫容器或低溫恒溫器中，這些金屬輻射屏都是焊裝于容器的頸管上的，因此從容器中排出的蒸汽的冷卻效應(yīng)可降低包圍著液化氣體容器分輻射屏的溫度，這種輻射屏叫做蒸汽冷卻屏，如圖3.3.2a。

在多層絕熱中裝置3~5個(gè)銅(鋁)質(zhì)傳導(dǎo)屏的結(jié)構(gòu)被稱為多層-冷卻屏絕熱容器，圖3.3.2b是四屏絕熱容器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3.3.2b示出的四屏絕熱容器中，其內(nèi)容器和第一個(gè)屏之間為高真空絕熱，采用無間隔物的鍍鋁滌綸薄膜做多層絕熱的500L的三屏液氦貯槽，計(jì)算得到容器的液氦日蒸發(fā)率僅為0.7%。

多屏絕熱是一種將多層絕熱輻射屏與蒸汽冷卻傳導(dǎo)屏合二為一的超絕熱結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中采用層數(shù)少，層密度較小的多層絕熱屏來遏制熱壁的室溫輻射，同時(shí)這些多層輻射屏有逐一與容器的頸管進(jìn)行熱聯(lián)結(jié)，借助于輻射屏平行方向的導(dǎo)熱，將屏中熱流導(dǎo)向頸管，被從頸管中逸出的冷蒸汽帶走，例如，1976年我國(guó)浙江大學(xué)研制的50L多屏絕熱容器的日蒸發(fā)率僅為1.8%，100L液氦容器的日蒸發(fā)率<1%。

多屏絕熱結(jié)構(gòu)具有效率高，制作容易、重量輕及預(yù)冷快等優(yōu)點(diǎn)，在液氦容器中得到了廣泛的應(yīng)用。

綜合比較國(guó)內(nèi)外各種低溫絕熱的類型與結(jié)構(gòu)，借鑒存在的各種低溫容器的絕熱形式，低溫測(cè)試系統(tǒng)我們采用多屏絕熱結(jié)構(gòu)，選用具有高反射性能、防輻射作用好的0.006mm厚的鋁箔作傳導(dǎo)屏，為了防止兩層鋁箔間的直接熱接觸，用絕熱性能好尼龍網(wǎng)作隔物，一共安裝14快蒸汽冷卻屏。

為了提高傳導(dǎo)屏的熱效率，往往通過翅片把傳導(dǎo)屏和頸管聯(lián)結(jié)起來，翅片的設(shè)計(jì)原則是盡可能減少傳導(dǎo)屏與頸管的熱阻，翅片與傳導(dǎo)屏的相連部分的接觸面應(yīng)盡可能大，為了便于抽空，翅片上應(yīng)開一些孔，翅片與頸管的連接一般有兩種方法，一種方法是釬焊，另外一種方法是熱套，我們選用第一種方法，采用釬焊，用銀來焊接。翅片與傳導(dǎo)屏的連接我們采用接觸連接，用帶子、抱箍等將傳導(dǎo)屏與翅片貼緊

這是一種沿用古老的高溫保溫方法的絕熱形式，選用導(dǎo)熱系數(shù)小的絕熱材料裝提案在需要絕熱的部位，有時(shí)在絕熱材料的空隙中充氮?dú)饣蚋煽諝猓逊e絕熱有泡沫型、粉末型及纖維型，這些材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的降低和容量的減少近似呈線性關(guān)系較少，其絕熱效果取決于絕熱層的厚度。

高真空絕熱是將要求絕熱空間抽成10~10Pa，從而排除氣體的對(duì)流傳熱和絕大部分的氣體熱導(dǎo)率。實(shí)際上，高真空絕熱是由一個(gè)熱壁與冷壁構(gòu)成的純粹的真空空間。在這類絕熱中，影響絕熱性能的主要因素有兩點(diǎn):一是夾層的真空度，二是輻射傳熱的大小，常用發(fā)射率低的材料，并使輻射表面高度光亮、清潔，用液氮或冷蒸汽冷卻熱屏等。

這種絕熱結(jié)構(gòu)式在絕熱空間沖天孔性絕熱材料(粉末或纖維)，在將絕熱空間抽到一定的真空度。影響絕熱效果的因素有真空度、粉末的粒度、容重、添加劑的種類和數(shù)量、界面溫度等。以真空粉末及纖維絕熱的絕熱性能比高真空絕熱好得多。真空粉末的表觀熱導(dǎo)率大約是普通堆積絕熱的熱導(dǎo)率的幾十分之一，由于絕熱效率較高，在低溫技術(shù)中得到了廣泛應(yīng)用。

高真空多層絕熱是在真空夾層中裝有很多防輻射屏(反射率很高的金屬膜)，以此來降低輻射傳熱的一種絕熱形式，絕熱空間抽空到低于10Pa的負(fù)壓，是效率最高的一種絕熱形式，有"超級(jí)絕熱"之稱。影響多層絕熱性能的主要因素有:采用的材料、多層中的真空度、多層的層密度和松緊度、多層的總層數(shù)或總厚度及多層絕熱物承受的機(jī)械負(fù)荷、邊界溫度等等。

本書較全面而系統(tǒng)地闡述了低溫絕熱的傳熱機(jī)理、低溫絕熱的各種結(jié)構(gòu)與材料、各類絕熱的設(shè)計(jì)計(jì)算，以及各種類型絕熱體的制作及其實(shí)驗(yàn)研究方法;同時(shí)也系統(tǒng)地介紹了低溫貯運(yùn)設(shè)備的典型結(jié)構(gòu)、各種低溫容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與絕熱設(shè)計(jì)，包括強(qiáng)度、剛度的計(jì)算，封頭設(shè)計(jì)、開孔補(bǔ)強(qiáng)，焊接結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及使用過程中的相關(guān)技術(shù)等。本書內(nèi)容豐富、實(shí)用性強(qiáng)、說明準(zhǔn)確、簡(jiǎn)明扼要。

本書可供航天、航空、動(dòng)力、石油與天然氣、化工、輕工、交通、建筑等部門從事低溫絕熱和貯運(yùn)設(shè)備設(shè)計(jì)、研究與施工等方面的科技人員使用，亦可作為大專院校相關(guān)專業(yè)師生的參考書。

徐烈，

1965年畢業(yè)于浙江大

學(xué)，留校任教。1979年調(diào)入上

海交通大學(xué)，其中89年-90年

在德國(guó)柏林自由大學(xué)進(jìn)修，現(xiàn)

任上海交大制冷與低溫工程系

教授、博士生導(dǎo)師。卅余年來，

一直從事低溫科學(xué)與技術(shù)的教

學(xué)與科研，曾開設(shè)"代低溫工程

學(xué)"、"低溫真空技術(shù)"、"低溫

測(cè)試技術(shù)"等七門本科、碩、博

士課程，共培養(yǎng)碩士、博士生

20名，出版《低溫容器――設(shè)

計(jì)、制造與使用》(機(jī)工版)、《絕

熱技術(shù)》(國(guó)防版)、《低溫技術(shù)》

(上海交大版)等著作七本，譯

作三本。共發(fā)表論文90余篇。

對(duì)低溫絕熱與低溫容器、低溫

下材料熱物性、低溫真空技術(shù)

等有專長(zhǎng) 曾先后承擔(dān)國(guó)家

省部委及有關(guān)應(yīng)用單位的研究

課題50余項(xiàng)，絕大部分為項(xiàng)目

負(fù)責(zé)人，曾獲全國(guó)科學(xué)大會(huì)

獎(jiǎng)、中科院重大成果乙等獎(jiǎng)、

有色總公司成果獎(jiǎng)等5次?，F(xiàn)

兼任中國(guó)制冷學(xué)會(huì)等學(xué)會(huì)專業(yè)

委員、"低溫工程"、"低溫與超

導(dǎo)""真空與低溫""低溫與

工特氣"和"制冷技術(shù)"編委，美

國(guó)科學(xué)進(jìn)展學(xué)會(huì)和紐約科學(xué)學(xué)

會(huì)國(guó)際會(huì)員。